3 裂縫對混凝土軌枕結構耐久性的影響

　　(1)軌枕處在露天環境中，由于混凝土致密，水、氣不會滲入內部，但當裂縫開展到一定寬度，且裂縫深度到達保護層時，水、氣就會沿著裂縫逐步滲透到達鋼筋，引起鋼筋腐蝕、生銹，鐵銹是一種鐵的化合物(氧化鐵)，其體積膨脹4倍，在混凝土內部引起內應力，導致混凝土進一步開裂，并使預應力鋼筋與混凝土的握裹力降低，從而影響軌枕的承載能力。

　　需要指出的是，混凝土結構中鋼筋的腐蝕主要是電化學腐蝕，其腐蝕速度(程度)與鋼筋所處環境的堿度 (pH值)有關，pH值越高，越能保護鋼筋不被腐蝕。當結構混凝土有裂縫時，水進入到鋼筋引起氧化，鋼筋銹蝕，氣進入裂縫引起混凝土碳酸化，降低pH值，加深鋼筋腐蝕，而且這種腐蝕當有C1-和SO42-離子存在時會加劇。

　　(2)研究表明，結構混凝土的裂縫只有達到一定寬度時，水、氣才能滲入，引起鋼筋腐蝕。國內外規范規定，鋼筋混凝土結構的裂縫允許寬度為0.1~ 0.3mm(視不同介質環境)，預應力混凝土結構甚至不允許出現裂縫，其目的都是為了保證鋼筋不銹蝕。但從國內外作的多次調查和試驗，又證明裂縫寬度與鋼筋銹蝕沒有直接關系。

　　中國建工四局科研所等八單位曾調查華南、華東、西南、西北的48項鋼筋混凝土結構工程，裂縫寬度為0.13，1，2，4，9mm，有的達規范規定的30倍之多。結果發現，除在氯化物含量較高環境中，鋼筋有較大銹蝕外，其余均末發生銹蝕，日本為探索預應力混凝土接觸網支柱產生裂縫后的耐久性問題，曾將已有裂縫的支柱自然置于冬(— 10 ~ —18℃)夏(16~36℃)的環境中進行長達二十余年的反復凍融試驗，從長期的觀測總結中，可看出裂縫寬度沒有擴展，混凝土的碳酸化也是輕微的，未發現內部鋼筋銹蝕。

　　軌枕雖然也處于露天環境，但底部有30cm厚的道渣墊層，不會浸泡在水中。根據調查分析，表面寬度不超過lmm的裂縫，深度一般也達不到鋼筋位置。這種裂縫對其結構性能是不會有影響的。

　　(3)調查研究還表明，縱向裂縫對結構耐久性的影響一般要比橫向裂縫嚴重。因鋼筋混凝土構件的縱向裂縫引起的鋼筋銹蝕會使保護層剝落，龜裂擴展會引起混凝土疏松、掉塊。筆者等曾從不同線路上抽取16根，其中帶有不同縱裂狀態的軌枕11根，常態軌枕5根，逐根進行軌下截面靜載抗裂強度和疲勞強度試驗。從表3 的試驗結果可看出：①出現貫通裂縫的軌枕，大部分軌下截面的靜載抗裂強度有比較明顯的降低;②端部縱裂或龜裂的軌枕，靜載抗裂強度及疲勞強度，與常態軌枕比較，一般無顯著差別。這說明軌端部的縱裂和龜裂多是從表面開始，還未發展到影響混凝土與鋼筋的握裹力。

　　另據八十年代昆明鐵路局的調查，螺旋道釘孔頂面縱裂寬度不超過lmm的軌枕使用十年，通過總重2.6噸，大都仍能保持軌距。剖開縱裂軌枕，內部鋼筋一般均末銹蝕，但沿釘孔縱裂寬度達3mm以上，裂縫長度從釘孔延伸至兩端變截面時，將對軌距保持能力造成影響。

　　從多次調查及表3試驗結果可看出，寬度和長度都不大的裂縫對軌枕承載能力幾乎沒有影響。因此可以采用修補辦法將裂縫封閉，以提高結構耐久性。中國鐵科院等單位研制的補縫膠、修補膠等用來修補裂縫軌枕，施工簡單易行，造價低廉，對提高軌枕結構耐久性，具有良好效果。

　　4 混凝土軌枕裂縫的預防和控制

　　軌枕作為一種預應力混凝土結構，要想完全杜絕裂縫是很難做到的。但裂縫畢竟是有害的。為此，應當竭盡全力來防止裂縫的出現。

　　預防和控制裂縫，可以從三方面入手：

　　(1)從力學角度，為防止橫向裂縫，除了根據可能出現的最大荷載，合理配置預應力鋼筋外，還應加強端部箍筋和道釘孔處螺旋筋的配置。此外，加強線路維修養護，使軌枕處于良好支承狀態也是防止軌枕軌下和枕中出現橫向裂縫的重要條件。

　　箍筋和螺旋筋的設置有利于防止軌枕端部和中部縱裂以及釘孔裂縫，但目前箍筋本身不成整體，且與預應力鋼筋只是松散搭接，在防止縱裂方面效果有限。有的工廠嚴格將端部箍筋布置在離端頭30mm范圍內，并與預應力鋼筋牢固綁扎在一起，從而發現對防止端部縱裂有很好效果。

　　(2)加強生產管理，嚴格操作工藝

　　九十年代以后，中國混凝土軌枕工廠的上級管理部門對工藝操作提出按《技術條件》和《檢查細則》嚴格要求，如嚴格混凝土配合比，確保振動密實和混凝土強度 (包括放張強度)，特別是蒸汽養護，要求預養時間≥2h，升溫速度≤20℃/h，恒溫速度≤60℃，脫模時軌枕表面與環境溫度之差≤20~40℃，有的工廠還在軌枕脫模存放的三天內進行澆水養護。這些措施對于減少軌枕裂縫，特別是龜裂及縱裂，將是十分有利的。

　　(3)嚴格控制混凝土原材料

　　除了對水泥強度與安定性、集料的級配與含泥量等常規指標嚴格控制外，還應重點考慮堿集料反應問題。

　　中國天然河砂至今未發現有堿活性，但不少地區的粗集料卻有潛在堿活性，因此應大力推廣應用低堿水泥(含堿量≤0.6%)和低堿減水劑。在目前使用低堿水泥和低堿減水劑尚有困難的情況下，應注意控制最大水泥用量，以使軌枕混凝土的堿含量不超過安全限值(3kg/m3)o例如：當水泥含堿量高達1%，軌枕混凝土的水泥用量為500kg/m3時，則混凝土的含堿量為500×1%=5kg/m3.即使不摻減水劑，亦已大大超過3kg/m3的安全限值;當水泥含堿量為0.6%時，減水劑含堿量為5%，摻量為1%時，則混凝土含堿量為500×0.6%十500×1%×5%=3.25kg/m3>3kg/m3(安全限值)，因此，這時混凝土的最大水泥用量就降為460kg/m3，因為460×0.6%十460×1%×5%=2.99kg/m3≈3kg/m3(安全限值)，而不是通常技術條件中規定的500kg/m3.

　　5 關于混凝土軌枕失效標準的認識

　　鐵路工務規程中關于軌枕失效標準，規定為：①明顯折裂;②環裂裂縫寬度超過0.5mm;③承軌槽面壓潰，擋肩嚴重破損;④縱向裂縫寬度超過0.5mm，長度超過全長二分之一;⑤承軌槽間兩釘孔間裂縫寬度超過0.5mm，并延伸至軌枕端部或軌枕中部;⑥承軌槽裂紋交錯，嚴重掉塊露筋。筆者認為以上規定是合適的。按規定，軌枕達到失效，就應從線路上更換下來，以保證行車安全。但根據以上各種調查、試驗的研究分析，在行車密度增大，從線路上更換軌枕更加困難，而在混凝土補縫材料和補縫技術不斷發展的今天，僅是因為裂縫而被認為失效的軌枕，由于承載能力及其他使用性能并未降低，可以采用即時修補的方法，以避免裂縫發展和鋼筋銹蝕，保持結構耐久性，延長軌枕使用壽命，從而提高線路的綜合技術經濟效益。

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